高層建筑結構選型設計及建筑結構優化設計

卞河拔

摘要：高層建筑基礎承擔著將高層建筑上部結構的荷載傳遞給地基的重要作用，在設計時，應將高層建筑上部結構、基礎與地基協同考慮。在地震區，凡是地基基礎好的，建筑結構所受到的破壞就輕，危害就小。在工程質量事故中，如果基礎工程出現質量問題，補救起來相當困難，還會給工程造價和工期帶來較大的影響。所以，在進行地基基礎設計時，除了保證基礎本身應具有足夠的強度和剛度外，還應考慮地基的強度、穩定性及變形的要求，為使基礎設計更合理，應綜合考慮上部結構、基礎和地基的共同作用。

關鍵詞：高層住宅;建筑結構;選型;設計管理

引言

隨著城市化建設進程的不斷加快，近年來，建筑的設計開始逐漸趨于功能多元化發展。同時，基于我國基本國情，高層建筑的建設力度大幅度增加，促使我國各城市中的可規劃空間越來越多，有效推進了我國的城市規劃進程。高層建筑的結構設計質量，可對其整體安全性以及功能起到決定性影響，確保相關各環節設計的質量有助于促進高層建筑更好的發展。

1高層住宅建筑結構的選型

高層住宅建筑的結構體系和選型方式直接決定了建筑結構在建設過程中和建成使用后的經濟效益和施工的難度。一般來說，傳統的高層住宅建筑結構體系是指建筑物的物理結構能抵抗縱向和水平方向荷載和各種力的作用而保持結構的穩定性。對于建筑物中各種受力部件之間的相互作用關系和組成結構的方式，都涵蓋在結構體系當中。住宅建筑由于其用途具有特殊性，建筑的結構需要以穩定性為重點進行設計和建造。各種力的傳播和豎向以及水平方向的荷載都能通過水平構件和豎向構件實時的傳遞到地基上，從而不會對建筑物造成直接的外力作用，以此實現建筑物的整體結構穩定。但隨著當前建筑物高度的不斷增加，由于自然環境的風力和水平地震力的外力作用而產生的橫向荷載會顯著大于其縱向的增長速率。為此，就需要有針對性的對建筑結構中抗側力體系進行加強。使外力能夠沿著垂直向下的方向傳到基礎層，避免側向外力對建筑造成的影響。

一般來說，高層住宅結構體系根據抗側力體系進行分類，主要包括框架、剪力墻、筒體式、筒中筒和脊骨式等多種形式。也有一些復雜的結構形式由以上基本形式組合演變而來的連體、懸挑、帶加強層的復雜結構形式也在近年的高層住宅建筑當中頻繁出現。目前城市高層住宅建筑中最常見的結構是鋼筋混凝土、鋼和二者的混合結構這三種形式。在高層建筑住宅的選型階段，應根據高層建筑安全經濟運行所需要的結構基礎和造價預算，以及工程施工的工期長短來選擇最適宜的結構體系類型。還需要注意結構體系的選擇，以適應建筑理念的可持續發展，并達到國家消防建筑體系的標準，消防安全是設計和選擇的指導因素。

2優化設計的原則

2.1安全性

結構優化設計不僅可以降低工程投入，節約建設成本，更重要的是可以保證結構的安全性能。如果僅以節約資金投入作為結構優化的判別依據，而不考慮結構的安全性，那么結構的優化將無任何價值和作用，并且不能保證結構安全的優化設計也是行不通的，因此，安全性是設計人員結構優化的根本原則和基礎條件。

2.2功能性

房屋建筑的功能性可通過優化設計體現，在優化過程中，不能以除去建筑物內部承壓梁的形式提升空間范圍，房屋建筑的功能和居住環境的舒適度是優化設計的重要原則，尤其是在目前的經濟條件下，對房屋設計進行選擇時，消費者有更加具體的功能性要求，只有在滿足房屋功能性要求的條件下，建筑結構才能發揮它的實際價值和作用。

2.3經濟性

對建筑材料的優化使用是房屋設計經濟性原則的主要方法，建筑施工是一個涉及多個領域的綜合性大型工程，并且隨著經濟水平的快速發展，各個方面，如鋼筋、混凝土、水泥、砌體等都需要投入大量的資金，進行工程建設時，各個分支的資金使用十分有限，這就要求在保證安全性的條件下，遵循經濟性原則，通過節能材料的合理選擇嚴格控制建筑成本，合理安排施工流程，減少不必要的成本投入。

3高層建筑結構優化設計策略

3.1高層建筑結構方案的優化選擇

高層建筑結構設計前，首先應做好結構方案的選擇和選型工作。設計行業有“方案成功是設計成功的一半”的思想和共識。進行高層建筑結構優化設計時，必須將結構方案的選擇與定型工作列為重要的前提和基礎，為高層建筑結構設計的其他工作提供必要的計算、技術前提和條件。結構方案選擇中，要確立標準和價值目標，以此來適應高層建筑結構設計工作的要求和目標，綜合與權衡各類要素和各方面的因素，提升優化高層建筑結構設計的科學性和合理性。一個優秀的結構方案和設計產品，首先要符合建筑技術和設計行業的基本要求和標準，這是選擇結構方案的必要前提。在優化高層建筑結構方案過程中，既要與施工要求一致，也要與外部條件吻合。在優化和選擇高層建筑結構方案的細節中，要綜合考慮社會、地質、文化等因素，預防地下水位過高、土質情況不良、社會文化制約等因素所產生的對高層建筑結構建設工作的影響，以此提升高層建筑結構設計的科學性及合理性。

3.2重視高層建筑結構計算簡圖的數字化運用

隨著數字技術尤其是計算機的快速發展，傳統的計算分析和圖紙逐漸被數字化技術取代，在結構設計參數影響分析和快速設計結構方案時，數字化技術表現出了良好的適用性與可靠性。例如，可利用GAMES軟件構建模型，該軟件具有操作簡單、處理快捷等優點，并在混合整數、線性及非線性優化方面有廣泛的應用價值。另外，可利用TBCAD等軟件進行科學、有效的建模分析和方案的優化，從而更加直觀、準確地展現建筑結構形式。數字化計算機軟件為處理結構優化設計的必備工具，在處理解決各種復雜情況時表現出了較強的使用功能。

3.3優化結構設計的功能性

在高層建筑結構優化設計工作中，要有多維度的視角和多層次的認知，這樣，才能確保建筑結構滿足施工建設及日后使用的要求和需要。在高層建筑結構優化設計過程中，設計人員要明確優化的基本目標———讓高層建筑取得施工和使用、應用和安全、功能和保障上的最佳狀態。從高層建筑結構優化設計工作開始，必須強化結構設計的多功能性。要根據高層建筑的立項意圖和建設方意見進行結構優化的細節設計。但是，在結構優化設計過程中，必須強調工作的科學性和設計的規范性，所設計的結構和功能才能在施工中得到順利體現，結構的優化才能有安全、標準、實施上實現的可能，才能提升整個高層建筑結構的功能性和適應性。在優化高層建筑結構設計過程中，必須重視延性設計環節，進而體現高層建筑結構的延性參數和指標，使高層建筑結構在優化的前提下更好地適應施工中沖擊、使用中撞擊、結構坍塌、框架形變等問題，以良好的延性冗余提升高層建筑結構的穩定性和功能性。在高層建筑結構優化設計過程中，要提升整體的水平力，這是優化工作的關鍵要素和重要參數。通過結構優化，提升高層建筑結構水平力的穩定性，將單一方向的荷載分解為高層建筑結構整體的受力，確保高層建筑結構水平方向的連續性和安全性。要在優化設計工作中，始終強調結構整體的穩定性。要通過結構強化、系統優化、功能分化等措施，提升結構的穩定性，進而適應建筑物在施工和使用中對各方面的影響，以此提高整體穩定性和連續性。

結束語：

總而言之，高層建筑結構設計人員要立足于加快城市建設進程和社會經濟快速增長的大局，要看到高層建筑物在結構、功能和資源上的優勢，有針對性地采取優化設計策略，以嚴謹的精神、科學的手段、系統的措施進行高層建筑結構的優化設計工作，從初始階段就奠定好精品高層建筑結構的基礎，對高層建筑結構施工建設產生更加直接、更加規范的引導和影響，系統強化，全面保障高層建筑結構施工質量和建設成果。

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